低电压带隙基准电压源设计

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低成本多路输出CMOS带隙基准电压源设计

低成本多路输出CMOS带隙基准电压源设计蔡元;张涛【摘要】在传统Brokaw带隙基准源的基础上,提出一种采用自偏置结构和共源共栅电流镜的低成本多路基准电压输出的CMOS带隙基准源结构,省去了一个放大器,并减小了所需的电阻阻值,大大降低了成本,减小了功耗和噪声.该设计基于华虹1 μm的CMOS工艺,进行了设计与仿真实现.Cadence仿真结果表明,在-40～140℃的温度范围内,温度系数为23.6 ppm/℃,静态电流为24μA,并且能够产生精确的3V,2V,1V和0.15V基准电压,启动速度快,能够满足大多数开关电源的设计需求与应用.%Based on the traditional Brakaw bandgap reference source, a CMOS bandgap reference source structure of low-cost multi-path reference voltage output is presented, which adopts a self-biased structure and cascode current mirror instead of an amplifier. It decreases the demands of the resistance value, and reduces the cost, power consumption and noise greatly. The circuit was implemented with Hua Hong lμm CMOS technology. Cadence simulation results show that its temperature coefficient is 23. 6 ppm/℃ and the quiescent current is 24 μA at the range of - 40~140℃ , it can generate accurate reference vultages of 3 V, 2 V, 1 V and 0.15 V, has a advantage of fast start-up, and meets the design requirements of the most switching power supplies.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)016【总页数】4页(P130-133)【关键词】带隙基准源;多路基准电压输出;温度系数;Cadence【作者】蔡元;张涛【作者单位】武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081;武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081【正文语种】中文【中图分类】TN710-340 引言带隙基准电压源通常是模拟和混合信号处理系统中重要的组成模块，它用来提供高稳定的参考电压，对系统的性能起着至关重要的作用。

低功耗带隙基准电压源电路设计

低功耗带隙基准电压源电路设计蒋本福【摘要】文章提出一种三层self-cascode管子工作在亚阈值区的低功耗带隙基准电压源电路.该电路具有电路结构简单、功耗低、温度系数小、线性度小和面积小等特点.采用CSMC 0.18μm的标准CMOS工艺,华大九天Aether软件验证平台进行仿真.仿真结果表明,在tt工艺角下电路的启动时间为6.64μs,稳定输出的基准电压Vref为567 mV;当温度在-40℃~125℃范围内时,tt工艺角下基准电压Vref的温度系数TC为18.8 ppm/℃;电源电压在1.2 V~1.8 V范围内时,tt工艺角下基准电压Vref的线性度为2620 ppm/V;在10 Hz~1 kHz带宽范围内,tt工艺角下基准电压Vref的电源抑制比(PSRR)为51 dB;版图核心面积为0.00195 mm2.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】3页(P39-41)【关键词】Aether软件;功耗;温度系数;线性度;面积【作者】蒋本福【作者单位】吉林大学珠海学院,广东珠海519000【正文语种】中文【中图分类】TN432在模拟IC和混合IC中，带隙基准电压是不可缺少的电路模块。

传统的低压、低功耗带隙基准电路是基于垂直双极晶体管，在文献[1-2]中分别提出了多种设计方法。

然而，这些方法都需要几百兆欧姆的电阻实现低功耗运行，占用较大芯片面积，浪费资源。

参考文献[3]也提出了由几个工作在亚阈值区的MOS管组成的电路，虽然保证了低功耗，但是也出现了温度补偿不够等问题。

为了实现低温漂带隙基准电压电路，高阶温度补偿技术[5]必须得到广泛应用，以减小带隙电压的温度系数。

因此本文提出在低功耗的带隙基准基础上增加高阶温度补偿电路来实现低温漂基准电压电路。

电路原理图如图1所示，主要由启动电路[4]、电流产生电路[5]和self-cascode[4-5]自偏置电路三部分组成。

一种低温漂输出可调带隙基准电压源的设计

一种低温漂输出可调带隙基准电压源的设计在A／D和D／A转换器、数据采集系统以及各种测量设备中，都需要高精度、高稳定性的基准源，并且基准电压源的精度和稳定性打算了囫囵系统的工作性能。

电压基准源主要有基于正向VBE的电压基准、基于齐纳反向击穿特性的电压基准、带隙电压基准等多种实现方式，其中带隙基准电压源具有低温度系数、高电源抑制比、低基准电压等优点，因而得到了广泛的应用。

本文在基于传统带隙电压基准源原理的基础上，采纳反馈、一级温度补偿等技术，同时在中加入启动电路，设计了一个高精度、输出可调的带隙基准电压源，并在SMIC 0.25μm 工艺条件下对电路举行了模拟和。

1 带隙基准电压源工作原理与传统结构
带隙基准电压源的原理就是利用PN结电压的负温度系数和不同电流密度下两个PN结电压差的正温度系数电压VT互相补偿，使输出电压达到很低的温度漂移。

1.1 带隙基准电压源工作原理
图1为温度对二极管伏安特性的影响。

可以看出，温度上升，保持二极管正向电流不变时所需正向偏压减小，温度系数为：-1.9 mV／℃～2.5 mV／℃。

PN结电流与外加电压的关系为：
图2(a)为带隙电压基准源的原理暗示图。

结压降VBE在室温下温度系数约-2.0 mV／K，而热电压VT(VT=k0T／q)，在室温下的温度系数为0.085 mV／K，将VT乘以常数k并与KBE 相加，可得到输出电压Vref为：
将式(1)对温度T举行一次微分，并在室温下等于0(输出电压在室温
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低压CM0S带隙基准电压源设计

低压CM0S带隙基准电压源设计0 引言基准电压源广泛应用于电源调节器、A／D 和D／A 转换器、数据采集系统，以及各种测量设备中。

近年来，随着微电子技术的迅速发展，低压低功耗已成为当今电路设计的重要标准之一。

比如，在一些使用电池的系统中，要求电源电压在3 V 以下。

因此，作为电源调节器、A／D 和D／A 转换器等电路核心功能模块之一的电压基准源，必然要求在低电源电压下工作。

在传统的带隙基准源设计中，输出电压常在1．25 V 左右，这就限制了最小电源电压。

另一方面，共集电极的寄生BJT 和运算放大器的共模输入电压，也限制了PTAT 电流生成环路的低压设计。

近年来，一些文献力图解决这方面的问题。

归纳起来，前一问题可以通过合适的电阻分压来实现；第二个问题可以通过BiCMOS 工艺来实现，或通过低阈值电压的MOS 器件来实现，但工艺上的难度以及设计成本将上升。

基于上面的考虑，本文首先对传统的带隙电压源原理进行分析，然后提出了一种比较廉价且性能较高的低压带隙基准电压源，采用电流反馈、一级温度补偿技术设计了低压CMOS 带隙基准源电路，使其电路能工作在较低的电压下。

本文介绍这种带隙电压基准源的设计原理，给出了电路的仿真结果，并对结果进行了分析。

并基于CSMC 0．5μm Double Poly Mix Process 对电路进行了仿真，得到理想的结果。

l 低压COMS 基准电压源设计1．1 传统的带隙基准源图1 为带隙基准电压源的原理示意图。

双极性晶体管的基极-发射极电压VBE，具有负的温度系数，其温度系数一般为-2．2mV／K。

而热电压VT 具有正的温度系数，其温度系数在室温下为十0．085V／K。

将VT 乘以常数K 并和VBE 相加就得到输出电压VREF：将式(1)对温度T 微分并代入VBE 和VT 的温度系数可求得K，它使VREF 的温度系数在理论上为零。

VBE 受电源电压变化的影响很小，因而带隙基准电压的输出电。

一种高性能的低压CMOS带隙基准电压源的设计

一种高性能的低压CMOS带隙基准电压源的设计安胜彪;侯洁;魏月婷;陈书旺;文环明【摘要】提出一种新型的芯片内基准电压源的设计方案,基准电压源是当代数模混合集成电路以及射频集成电路中极为重要的组成部分.为满足大规模低压CMOS集成电路中高精度比较器、数模转换器、高灵敏RF等电路对基准电压源的苛刻需要,芯片内部基准电压源大部分采用基准带隙电压源.研究并设计了一种低功耗、超低温度系数和较高的电源抑制比的高性能低压CMOS带隙基准电压源.其综合了一级温度补偿、电流反馈技术、偏置电路温度补偿技术、RC相位裕度补偿技术.该电路采用台积电(TSMC)0.18 μm工艺,并利用Specture进行仿真,仿真结果表明了该设计方案的合理性以及可行性,适用于在低电压下电源抑制比较高的低功耗领域应用.%This article proposed a new design of a chip benchmark power sourse, which is a very important component of mixed signal IC and RF integrated circuit. To meet the requirement of low voltage and large-scale integrated CMOS circuit of high-precision, the use of reference source is rigors forA/D and D/A converter, high sensitive RF circuits and so on. Most parts of the benchmark source employ benchmark bandgap voltage source on chip, so a low power consumption, low temperature coefficient and high performance low pressure CMOS bandgap benchmark voltage source with higher PSRR is designed. It uses one level temperature compensation, current feedback technology, offset circuit temperature compensation technology and RC phase margin compensation technology. This circuit adopts the 0. 18 urn process of TSMC, and uses the Specture to simulate. The simulation result verifies the feasibility and rationality of the design.The circuit can be uesd for low voltage and tow power consumption with higher PSRR.【期刊名称】《河北科技大学学报》【年(卷),期】2012(033)004【总页数】5页(P325-329)【关键词】带隙;基准电压源;低温度系数;高电源电压抑制比【作者】安胜彪;侯洁;魏月婷;陈书旺;文环明【作者单位】河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050018【正文语种】中文【中图分类】TN45集成电路技术和半导体工艺发展至今，特别是在深亚微米和超深亚微米CMOS技术的支持下，在数据接收系统、数模转换器、电压控制器、各种芯片的驱动以及各种测量设备中的基准带隙电压源应用都非常广泛。

一种低温漂低功耗的简易带隙基准电压设计

一种低温漂低功耗的简易带隙基准电压设计模拟电路设计常常用到电压基准和电流基准。

这些基准受电源、温度或者工艺参数的影响很小，为电路提供一个相对稳定的参考电压或者电流，从而保证整个模拟电路稳定工作。

目前已经出现的高性能带隙基准，能够实现高精度、低温漂和低功耗，但这些电路中一般都有运放，调试难度较大；电路结构复杂，原理不便理解。

在一般的应用中，如果对带隙基准电压的要求不是特别高的情况下，完全可以采用一种更为简洁的电路结构。

因此，这里介绍一模拟电路设计常常用到电压基准和电流基准。

这些基准受电源、温度或者工艺参数的影响很小，为电路提供一个相对稳定的参考电压或者电流，从而保证整个模拟电路稳定工作。

目前已经出现的高性能带隙基准，能够实现高精度、低温漂和低功耗，但这些电路中一般都有运放，调试难度较大；电路结构复杂，原理不便理解。

在一般的应用中，如果对带隙基准电压的要求不是特别高的情况下，完全可以采用一种更为简洁的电路结构。

因此，这里介绍一种简易可行的带隙基准电压的设计，利用PTAT电压和双极性晶体管发射结电压的不同的温度特性，获取一个与温度无关的基准电压。

1 低温漂低功耗带隙基准电压设计带隙基准电压的设计目标，就是建立一个与电源和温度无关的直流电压VREF。

进一步将该目标分为2个设计问题：设计与电源无关的偏置，获取能抵消温度影响的电压值。

图1为其整体设计框图。

1．1 与电源无关的偏置首先设计与电源无关的偏置。

考虑采用2个NMOS管和电阻做近似的电流镜做偏置，并充分利用电流镜的“电流复制”特点，设计一个简单的电流产生电路，如图2所示。

在这个电路中，因为栅漏短接的MOS管都是由一个电流源驱动，所以I0和I1几乎与电源电压无关。

同时，2条支路的电流关系是确定的，只要已知I0，便可由宽长比得到左边支路电流的大小。

忽略沟道长度调制效应的影响，支路电流的比值和MOS管宽长比的比值成正比。

为了唯一确定电流，加入电阻R1。

则有：VGS1=VGS2+I0R1，忽略体效应，有：由式(1)可见，输出电流与电源电压无关，但仍与工艺和温度有关。

一种新颖的低电压CMOS带隙基准源设计

一种新颖的低电压CMOS带隙基准源设计
余国义;孙丽娟;邹雪城;刘三清
【期刊名称】《计算机与数字工程》
【年(卷),期】2007(035)007
【摘要】设计一种新颖的低电压CMOS带隙基准电压源电路.电路采用了适合低电源电压工作的nMOS输入对管折叠共源共栅运算放大器,并提出一种新颖的启动电路.基于SMICO.35μm标准CMOS工艺,Cadence Spectre仿真结果表明:在低于1-V的电源电压下,所设计的电路能稳定工作,输出稳定的基准电压为622mV,最低电源电压为760mV.不高于100KHz的频率范围内,电源噪声抑制比为-75dB.在-20℃到100℃范围内,温度系数20ppm/℃.
【总页数】3页(P145-147)
【作者】余国义;孙丽娟;邹雪城;刘三清
【作者单位】华中科技大学电子科学与技术系,武汉430074;华中科技大学电子科学与技术系,武汉430074;华中科技大学电子科学与技术系,武汉430074;华中科技大学电子科学与技术系,武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】TN432
【相关文献】
1.一种CMOS高阶曲率补偿的带隙基准源电路的设计 [J], 李树镇;冯全源
2.一种低电压CMOS带隙基准源的分析与设计 [J], 杨永豪
3.一种结构新颖的CMOS带隙基准源 [J], 赵世欣;袁国顺
4.一种用于A/D转换器的低电压CMOS带隙电压基准源 [J], 华斯亮;刘岩;王东辉;侯朝焕
5.一种低电压的CMOS带隙基准源 [J], 谢毅;朱云涛;邵丙铣
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带隙基准电压源(Bandgap)设计范例

五. 输出输入信号线时序图
VIN 、ENB、 BIAS_EN 、BIAS2_EN 为输入信号，VREF 、 BIAS 、BIAS2 为输出信号。
图 1.3
BANDGAP 模块输入输出时序关系图
六. 等效架构图原理分析
BANDGAP 模块是一个带隙基准结构。带隙基准的工作原理是根据硅材料的带隙电压与电压和温度无关的特性，利用△VBE 的正温度系数与双极型晶体管 VBE 的负温度系数相互抵消，实现低温漂、高精度的基准电压。双极型晶体管提供发射极偏压 VBE；由两个晶体管之间的△VBE 产生 VT ，通过电阻网络将 VT 放大 a 倍；最后将两个电压相加，即 VREF=VBE+aVT ，适当选择放大倍数 a ，使两个电压的温度漂移相互抵消，从而可以得到在某一温度下为零温度系数的电压基准。下面详细推导这个原理。一般二极管上电流和电压的关系为：
Q12 和 Q19 的电流相等；R19、R20、R21 和二极管连接的 Q11 组成分压网络，将 Q12、Q19 产生的 ? VBE 放大（R19＋R20＋R21）/R21 倍后与 VBE11 相加，产生基准电压 VREF ；放大管 QX7 、Q18 和负载管 Q10 组成符合放大电路，将 IC19 和 IC12 的差值放大，反馈到分压网路中的 R21，从而调整 Q12、Q19 的工作点，保证 IC19 等于 IC12 ；电容 C2 和 R23 用来进行频率补偿。电流偏置 IBias2 产生电路（图 2(c)）：由 P39、Q3、R8 组成。Q3 的基极连接 VREF ，其射极电位即 R8 的一端电位 VEQ3＝VREF －VBEQ3，与电源电压无关，从而流过电阻 R8 的电流与电源无关，即 IBias2 与电源无关。 1．使能原理： ENB 高电平时，使能关断有效。当 ENB 为高电平时，使能管 N15、N18、 N17 工作，则 N19 的漏极电压、P8 的漏极电压、VREF 被拉到低电平，电路关断。 BIAS_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS2_EN 低电平时，使能管 P13 工作，P7、P1 的栅极即 Bias 为高电平，电流偏置为 0，同时，基准电压 VREF 为零电平。 BIAS2_EN 低电平时，使能关断有效。当 BIAS_EN 低电平时，使能管 P34 工作，Bias2 为高电平，电流偏置 IBias2 为 0。 2．启动原理 P14、R15、N19、N16 组成启动电路。启动过程：ENB 为低电平，当未启动时，P7、P8 两支路的电流为 0，此时 P8 的漏极电压为 0 电位，N19 不通，N19 的漏极为高电位，此时 N16 管导通，形成从电源到地的通路 R12、P7、N16，使 P7 有电流流过，从而打破 0 电流的状态；之后 P8 漏极电位上升， N19 导通， N16 截止，启动过程结束。

低压CMOS带隙电压基准源设计

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负载管 "K 、 "’ 和差分对管 "L 、 "2 的宽长比较大，以抑制电路的热噪声。由于电路中的电阻值较大，（E）故在工艺中用阱电阻实现。电容 ) 有助于电路的稳定，同时还可以减小运放的带宽，有助于降低噪声的影响。

带隙电压基准的设计设计

摘要基准电压源是模拟电路设计中广泛采用的一个关键的基本模块。

所谓基准电压源就是能提供高稳定度基准量的电源，这种基准源与电源、工艺参数和温度的关系很小，但是它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个电路系统的精度和性能。

本文的目的便是设计一种基于CMOS带隙基准电压源。

本文首先介绍了基准电压源的国内外发展现状及趋势。

然后详细介绍了MOS器件的基本原理、基准电压源电路原理，并对不同的带隙基准源结构进行了比较。

在带隙基准电压基准电路设计中，首先对所采用的h05mixddst02v13库中的阈值电压、沟道长度调制系数、跨导参数进行提取，对衬底pnp管的温度特性进行分析，再对电路中的各个管子的宽长比、电容、电阻值进行手动计算，最后通过Hspice软件对电路进行仿真验证。

模拟和仿真结果表明，电路实现了良好的温度特性，0℃～100℃温度范围内，基准电压温度系数大约为0.25mV/℃，输出电压为1.0V。

关键词：MOS器件；带隙基准电压源；参数提取；温度系数；输出电压；AbstractThe reference voltage source is a vital basic module is widely used in analog circuit design. The reference voltage source is able to provide high stability reference amount of power, the reference source and power supply, process parameters and the temperature is very small, but its temperature stability and anti-noise performance affects the precision and performance of the whole system. The purpose of this paper is the design of a CMOS bandgap voltage reference based on.This paper first introduces the present situation and development trend of voltage reference at home and abroad. And then introduces the basic principle of MOS device, reference voltage source circuit principle, and the bandgap structure were compared with different. In the bandgap voltage reference circuit design, first on the threshold voltage, the h05mixddst02v13 Library of the channel length modulation coefficient, transconductance parameter extraction, analysis of temperature characteristics of a substrate of PNP pipe, the pipe of each circuit in the ratio of width to length, capacitance, resistance value for manual calculation, finally the circuit was simulated by Hspice software.Simulation results show that, circuit has good temperature performance, 0 ℃ ~ 100 ℃temperature range, the temperature coefficient of the reference voltage is about 0.25mV/ ℃, the output voltage is 1.0V.Keywords: MOS device; bandgap voltage reference; extraction; output voltage temperature coefficient;目录0 前言 (1)1 MOS器件原理 (3)1.1基本概念 (3)1.1.1 MOSFET的结构 (3)1.2 MOS的I/V特性 (4)1.2.1 阈值电压 (4)1.3 二级效应 (5)1.3.1 体效应 (5)1.3.2 沟道长度调制 (6)1.3.3 亚阈值导电性 (6)1.3.4 电压限制 (7)2 基准电压源电路原理 (8)2.1基准电压源的结构 (8)2.1.1直接采用电阻和管分压的基准电压源 (8)2.1.2有源器件与电阻串联组成的基准电压源 (9)2.1.3带隙基准电压源 (11)2.2带隙基准电压源的基本原理 (11)2.2.1与绝对温度成正比的电压 (12)2.2.2负温度系数电压VBE (13)2.3带隙基准源的几种结构 (14)2.3.1 widlar带隙基准源 (14)2.3.2 Brokaw带隙基准源 (15)2.3.3使用横向BJT的CMOS带隙基准源 (15)3 基准电压源电路设计 (17)3.1基准源的整体结构 (17)3.2参数提取 (18)3.2.1 MOS管阈值电压的提取 (18)3.2.2 MOS管的跨导参数 (19)3.2.3 MOS管的沟道长度调制效应系数 (21)3.3运算放大器电路结构以及尺寸计算 (22)3.3.1运算放大器结构及指标 (22)3.3.2根据运放手动计算 (23)3.4带隙电压基准电路结构以及计算 (30)3.4.1带隙电压基准核心电路 (30)3.4.2 Vbe结的温度系数及结电压的计算 (30)3.4.3 Vbe的温度系数计算 (31)3.4.4带隙电路零温度系数的计算 (32)4 电路仿真 (33)4.1仿真工具介绍 (33)4.2失调电压仿真验证 (33)4.3输入共模范围 (34)4.4幅频相频特性 (35)4.5带隙电压基准核心电路仿真 (35)5 结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录A： (39)附录B： (45)附录C： (54)辽宁工程技术大学毕业设计（论文）0 前言基准电压源(Reference V oltage)是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源。

带隙电压基准源的设计与分析

带隙电压基准源的设计与分析摘要介绍了基准源的发展和基本工作原理以及目前较常用的带隙基准源电路结构。

设计了一种基于Banba结构的基准源电路，重点对自启动电路及放大电路部分进行了分析，得到并分析了输出电压与温度的关系。

文中对带隙电压基准源的设计与分析，可以为电压基准源相关的设计人员提供参考。

可以为串联型稳压电路、A／D和D／A转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。

基准源广泛应用于各种模拟集成电路、数模混合信号集成电路和系统集成芯片中，其精度和稳定性直接决定整个系统的精度。

在模／数转换器(ADC)、数／模转换器(DAC)、动态存储器(DRAM)等集成电路设计中，低温度系数、高电源抑制比(PSRR)的基准源设计十分关键。

在集成电路工艺发展早期，基准源主要采用齐纳基准源实现，如图1(a)所示。

它利用了齐纳二极管被反向击穿时两端的电压。

由于半导体表面的沾污等封装原因，齐纳二极管噪声严重且不稳定。

之后人们把齐纳结移动到表面以下，支撑掩埋型齐纳基准源，噪声和稳定性有较大改观，如图1(b)所示。

其缺点：首先齐纳二极管正常工作电压在6～8 V，不能应用于低电压电路；并且高精度的齐纳二极管对工艺要求严格、造价相对较高。

1971年，Widlar首次提出带隙基准结构。

它利用VBE的正温度系数和△VBE的负温度系数特性，两者相加可得零温度系数。

相比齐纳基准源，Widlar型带隙基准源具有更低的输出电压，更小的噪声，更好的稳定性。

接下来的1973年和1974年，Kujik和Brokaw分别提出了改进带隙基准结构。

新的结构中将运算放大器用于电压钳位，提高了基准输出电压的精度。

以上经典结构奠定了带隙基准理论的基础。

文中介绍带隙基准源的基本原理及其基本结构，设计了一种基于Banba结构的带隙基准源，相对于Banba结构，增加了自启动电路模块及放大电路模块，使其可以自动进入正常工作状态并增加其稳定性。

1 带隙基准源工作原理由于带隙电压基准源能够实现高电源抑制比和低温度系数，是目前各种基准电压源电路中性能最佳的基准源电路。

1v以下下电源电压的运放和启动电路的CMOS带隙基准电路设计

1v附近下电源电压的运放和启动电路的CMOS带隙基准电路设计摘要----在数字ＣＭＯＳ技术中，带隙基准电路的设计提出了一些设计难题，因为电源电压低于硅带隙在电子伏下的电压（１．２ｖ）。

有一种旨在解决由电源低压所引起的的主要问题的电流模式结构得到使用，但是应用在运放和专用启动电路中值得我们警惕。

即使像耗尽型ＭＯＳ管这样的非标准器件有助于管理供电比例，它们也很少使用且不好控制。

所以，他们必须避免放在一个具有高移植性的健全电路设计中。

本文提出的这些电路可以适用于低压运放并解决了在达到合适电源电压偏置点的主要问题。

在数字０．１８－０．３５μｍ技术中，一些带隙基准电路可以在最小电源电压的为０．９到１．５ｖ的情况下实现５００ｍｖ的标称输出。

关键词带隙基准ＣＭＯＳ集成电路低压设计电压基准一导言现在，模拟和数字电路都需要对温度敏感度低的基准电压生成器，比如ＤＲＡＭ和闪存芯片。

因为传统的基准电源提供接近于硅带隙在电子伏下的电压，他不能用于最新的电源电压在１ｖ以下深亚微米中。

曾经报道的采用电流模式的实现技术的ＣＭＯＳ带隙基准电源具有绕过电源电压限制的可能性。

但是，这项技术需要最小２ｖ的电源电压（用耗尽型ＭＯＳＴｓ提供），而且需要额外增加一个在模拟和混合电路中很少使用的复位电源信号。

最近报道了采用ＢｉＭＯＳＥ技术的电流模式带隙基准电源，但是低压运放不能用于数字ＣＭＯＳ技术中。

本文将会讨论低压带隙基准电源设计和提出一些有用的电路技术。

此外，还提出了一些在０．１８－０．３５μｍＣＭＯＳ技术的实现最小供电电源从０．９－１．５ｖ的技术。

二ＣＭＯＳ带隙基准电源在带隙基准电源中，对温度低敏感的输出电压由加在ｐｎ结上的电压和与温度成正比的相加得到。

设输出电压Ｖbg大致与硅带隙在电子伏下的电压相等，有可能抵消它的温度敏感性。

在CMOS，采用竖向PNP的双极晶体管。

由于输出电压为1.2v，这种结构不能用于最新的的CMOS 技术中，这种技术的电源电压从1.8V（0.18μm）到1.2V（0.13μm），到下一代技术规模中，将会降到0.9V。

低压下5×10 -6／℃的带隙基准电压源设计

ｄｖｌＤｔｅｗｈｌｐｒｒａｃｆｈｉｌｅＡｅｅｈｏｅｅｆｍｎｅｏｅｐｉ／ＤＣ，ｃｉｖｖｌｇｅｅｅｃｔｍｐｒｔｒｏｆｏｏｔＰｎｗｅａｈｅｅｏｔｅｒｆｒｎｅｗｉｔｅａｕｅｃｅ— ａａｈｅｆｉｔｏｒｈｎ５０￣ｂｄｐｉｇｔｅｔｍｐｒａｕｅｃｍｐｎａｉｎｏｕｄａｉｃｅｆｉｎｏｉｉｅｗｅａ ×１～／ｃ，ｙａｏｔｈｅｅｅｔｒｏｅｓｔｆｑａｒｔｏｆｃｔｔｃｎｌｔｎｏｃｉｅｍ—
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Ｄ０ｅｔｅｔａｉｏａｉｃｉｓｗｉｈｔｍｐｒｔｒｏｒｖｈｒｄｔｎｌｒｕｔｔｅｅａｕｅｃｍｐｎａｉｎｏｎｒｅ，ｅｔｔｌｉｃｉｗｈｃｉｌ— ｉｃｅｓｔｆｅｏｄｒＴｈｏａｒｕｔｏｏｃｉｈｉｓｍｕａｓ
５０／，基准电压低于１２Ｖ。 ×１ ℃ 而且．

低电压带隙基准电压源设计

低电压带隙基准电压源设计基准电压是数模混合电路设计中一个不可缺少的参数，而带隙基准电压源又是产生这个电压的最广泛的解决方案。

在大量手持设备应用的今天，低功耗的设计已成为现今电路设计的一大趋势。

随着CMOS 工艺尺寸的下降，数字电路的功耗和面积会显著下降，但电源电压的下降对模拟电路的设计提出新的挑战。

传统的带隙基准电压源结构不再适应电源电压的要求，所以，新的低电压设计方案应运而生。

本文采用一种低电压带隙基准结构。

在TSMC0．13μmCMOS工艺条件下完成，包括核心电路、运算放大器、偏置及启动电路的设计，并用Cadence Spectre对电路进行了仿真验证。

1 传统带隙基准电压源的工作原理传统带隙基准电压源的工作原理是利用两个温度系数相抵消来产生一个零温度系数的直流电压。

图1所示是传统的带隙基准电压源的核心部分的结构。

其中双极型晶体管Q2的面积是Q1的n倍。

假设运算放大器的增益足够高，在忽略电路失调的情况下，其输入端的电平近似相等，则有：VBE1=VBE2+IR1 (1)其中，VBE具有负温度系数，VT具有正温度系数，这样，通过调节n和R2/R1，就可以使Vref得到一个零温度系数的值。

一般在室温下，有：但在0．13μm的CMOS工艺下，低电压MOS管的供电电压在1．2 V左右，因此，传统的带隙基准电压源结构已不再适用。

2 低电源带隙基准电压源的工作原理低电源电压下的带隙基准电压源的核心思想与传统结构的带隙基准相同，也是借助工艺参数随温度变化的特性来产生正负两种温度系数的电压，从而达到零温度系数的目的。

图2所示是低电压下带隙基准电压源的核心部分电路，包括基准电压产生部分和启动电路部分。

2．1 带隙基准源电路由于放大器的输入端电平近似相等，故由电流镜像原理可得到如下等式：这样，适当选择R2/R1、R2/R3以及n的值，即可得到低电源电压下的基准电平。

基于版图的设计考虑，可选择n为8，这样可以更好地实现三极管的匹配，减小误差。

低压CM0S带隙基准电压源设计解析

低压CM0S带隙基准电压源设计
电路的器件参数如表1所示，P2，P3，P4管的尺寸较大，是为了降低电路中的1／f噪声。

电流镜的负载管P5，P6和差分对管N1，N2的宽长比较大，以抑制电路的热噪声。

由于电路中的电阻值较大，故在工艺中用阱电阻实现。

电容C0有助于电路的稳定，同时还可以减小于运放的宽度，有助于降低噪声的影响。

2 仿真与结果分析在Cadence设计平台下的Spectre仿真器中基于CSMC 0．5 μm CMOS工艺模型对电路进行了仿真。

得到电路的温度特性曲线、直流电源抑制特性曲线、交流PSRR特性曲线、启动时间曲线如图4所示。

各项仿真结果参数如表2所示。

3 结语在应用典型CMOS电压基准源的基础上，综合一级温度补偿、电流补偿技术，设计了带隙电压基准源电路。

该带隙基准源电路的电源工作范围为1．* V，工作温度为-10～+130℃，基准输出电压VREF为(650．5±0．5)mV，温度系数可低至2．0 ppm／℃，电源抑制比为-70 dB。

仿真结果证明了设计的正确性。

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一种低功耗无运放的带隙基准电压源设计

一种低功耗无运放的带隙基准电压源设计邹勤丽;汤晔【摘要】Design a new bandgap voltage reference without op-amp. In the circuit, negative feedback clamping were used to avoid the use of op-amp, eliminating effects of offset and power supply rejection ratio (PSRR) of the op-amp on accuracy of bandgap voltage reference. The new design has more accuracy and PSRR than the traditional bandgap voltage reference without op-amp. It bases on SMIC 0.35μm standard CMOS process and Cadence Spectre environment to simulation. The voltage of supply is 3.3 V and the temperature range is from-55℃to 125℃, the PSRR is up to 82 dB, the power consumption is 0.06 mW.%设计了一种新型无运放带隙基准源。

该电路使用负反馈的方法，避免了运放的使用，从而消除了运放带隙基准电路中运放的失调电压对基准源精度的影响，同时还提升了电源抑制比，且降低了功耗。

该新型电路比传统无运放带隙基准电路具有更高的精度和电源抑制比。

该设计基于SMIC 0.35μm标准CMOS工艺在Candence Specture环境下进行仿真，电源电压采用3.3 V，温度范围为-55~125℃，电源抑制比为82 dB，功耗仅有0.06 mW。

低压基准电压源电路的仿真分析设计说明

摘要参考电压源电路是模拟集成电路与电气电子设备的基本组成单元。

一个应用广泛的基本电路。

我们所说的参考电压源，就是能够提供高稳定性的基准电源的电路，它们之间的参考电压和电源，工艺参数，温度的变化关系是非常小的。

然而，它的温度稳定性和抗噪声性能够影响到整个电路系统。

该系统的精度在很大程度上取决于部或外部的基准精度。

如果没有一个满足要求的参考电路，它不就能正确和有效的实现系统设定的性能。

本文的目的是基于双极晶体管基准源的TL431可调稳压器集成电路的仿真与分析。

本文首先介绍了基准电压源的国外发展现状以与趋势。

然后详细介绍基准电压源电路的基本结构以与基本的原理，并对几种不同的双极型基准电压源电路做以简单的介绍。

其次对电路仿真软件进行介绍，最后运用电路仿真软件specture对TL431串联集成稳压基准电路进行仿真并详细分析其结果。

仿真分析的类型主要有直流工作点分析，交流分析，傅里叶分析，噪声分析，噪声系数分析，失真分析，直流扫描分析，灵敏度分析，参数扫描分析，温度扫描分析等。

仿真分析结果显示，基准电压源电路具有较高的稳定性，电压源的直流输出电平比较稳定，而且这个直流电平对电源电压和温度不敏感。

关键词：基准电压源,TL431,仿真分析,Specture,温度系数AbstractThe reference voltage source is a basic module of the very wide range of applications in the design of analog integrated circuits. What we call the reference voltage source is able to power provide high stability of the baseline power to the circuit, this relationship between the picture reference and the power, process parameters and temperature is very small, however, its import temperature stability and resistance to noise performance of with the accuracy and performance of the entire circuit system. The accuracy of the system to a large extent depends on the begin is accuracy of the internal or external reference, there is no one to meet the requirements of the is reference circuit, it can not correct and effective system of pre-set performance. The purpose of this paper is based on bipolar transistors reference TL431 adjustable voltage regulator IC is simulation and analysis.At the beginning of this article, first introduced the development status and trends of the reference voltage source at home and abroad. And then details the basic structure of the reference voltage source circuit and the basic principle, and several different bipolar voltage reference circuit with a simple introduction. Second, the circuit simulation software mulisim .Finally, the circuit simulation software specture TL431 series integrated voltage regulator reference circuit simulation and detailed analysis of the results. Simulation analysis of the main types of DC operating point analysis, AC analysis, Fourier analysis, noise analysis, noise figure, distortion analysis, DC sweep analysis, sensitivity analysis, Parameter Sweep analysis, temperature scanning.Simulation and analysis of simulation results show that the voltage reference circuit has a high stability of the DC voltage source output level is relatively stable, and the DC level is not sensitive to the supply voltage and temperature. Keywords:reference voltage source ,the TL431 ,simulation ,Specture ,temperature coefficient目录1. 绪论51.1 国外研究现状与发展趋势51.2 课题研究的目的意义71.3 本文的主要容72. 基准电压源电路和偏置的电流源电路82.1基准电压源的结构82.1.1 直接采用电阻和管分压的基准电压源82.1.2有源器件与电阻串联所组成的基准电压源92.1.3双极型三管能隙基准源112.1.4 双极型二管能隙基准源132.2V的温度特性14BE2.3对温度不敏感的偏置142.4 对电源不敏感的偏置18本章小结203. 高精度可调式精密稳压集成电路TL431的工作原理与运用213.1精密稳压器TL431的部结构223.2 TL431的工作原理与参数223.2.1 TL431的具体工作原理233.2.2 TL431的特点和参数263.3 TL431的典型运用电路273.3.1 基准电压源电路273.3.2 恒流源电路273.3.3 电压比较器电路283.3.4电压监视器电路293.4 TL431应用所注意的事项30本章小结304. 高精度可调式精密稳压电路TL431的仿真314.1 Candence以与Specture仿真器的介绍314.2 整体电路的仿真324.2.1直流特性仿真 (32)4.2.2瞬态特性仿真344.2.3温度特性的仿真354.2.4 电源抑制比仿真354.2.5开环电压增益仿真364.2.6 应用电路的仿真37本章小结38结论39致40参考文献411. 绪论基准电压源（Reference Voltage ）是指在模拟电路、混合信号电路中用作电压基准的参考电压源,它具有很多的优点，典型的是相对较高的精度和稳定度。

一种高精度低电源电压带隙基准源的设计

一种高精度低电源电压带隙基准源的设计输出不随温度、电源电压变化的基准电压源，在模拟和混合集成电路中应用广泛，特别是在高精度的场合，基准电压源是整个系统设计的前提。

由于带隙基准电压源具有较低的温度系数和高电源电压抑制比，以及能与标准CMOS 工艺相兼容等优点，因而成为常用的基准电压源实现方式。

文献设计了具有温度补偿的传统带隙基准电路，但其电源电压和温度系数过高，且输出电压约在1．25 V，难以满足低压的要求。

文献设计了低电源电压带隙基准电路，但输出基准电压过高。

文献提出了解决方法，设计了低压带隙基准源，电路结构复杂。

文在分析几种基准源的基础上，采用0．25 μmCMOS 工艺设计了一种低电源电压、低输出电压、高电源电压抑制比、高精度的带隙基准源，经Hspice 仿真表明设计的电路具有良好的性能。

1 Baftda 提出的低压带隙基准电路统的带隙基准电路的原理是将两个具有相反温度系数的电压以适当的权重相加，基准电压的典型值约为1．2 V。

Banda 提出了电流求和型带隙基准电路，对产生的正负温度系数的电流加权求和，然后让这个电流流过电阻，产生和温度无关的基准电压，如图1 所示。

M1 和M2，M3 管的尺寸相同，R1 和R2 的值相等，输出的基准电压近似为只要调整R2 和R3 的比值，就可以控制带隙基准电压的数值，得到低于传统带隙基准电压的值。

带隙基准电路的电源电压的最小值受到两个限制(1)输出基准电压的大小限制了电源电压其中，VSDati 为工作在饱和区的CMOS 管的源漏极电压(2)运放的输入电压也会限制电源电压如果运算放大器采用PMOS 差分输入，最小电源电压在这两个因素的限制下，带隙基准电路的电源电压一般在2 V 以上。

本文从两个方面入手，设计了低电源电压、低输出电。